Необходимость актуализации нормативно-технической базы по шаровым резервуарам Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.952

https://doi.org/10.24411/0131-4270-2018-10504

НЕОБХОДИМОСТЬ АКТУАЛИЗАЦИИ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ПО ШАРОВЫМ РЕЗЕРВУАРАМ

Ю.С. МАРЮШКО, магистрант кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ

М.Э. ДУСАЛИМОВ, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ

А.С. ГЛАЗКОВ, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ

Т.Р. НАСИБУЛЛИН, ст. преподаватель кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ

ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail: marsst@list.ru, E-mail: mjs-13@rambler.ru

В работе проведен анализ нормативно-технической документации по шаровым резервуарам, в ходе которого было выявлено отсутствие единых требований по объемам и давлению в шаровых резервуарах, единой методики расчета на прочность и устойчивость шаровой оболочки, а также опорных стоек, единых требований к конструкциям и материалам, проектированию, монтажу и испытаниям шаровых резервуаров. В настоящее время технические возможности заводов-изготовителей, позволяют изготавливать шаровые резервуары новых типоразмеров, не предусмотренных нормативно-технической документацией. В связи с этим возникает необходимость разработки единого документа, где будут рассмотрены вопросы проектирования, изготовления, монтажа и испытания шаровых резервуаров, также с учетом увеличения единичной емкости и определения основных рекомендуемых размеров шаровых резервуаров.

Ключевые слова: шаровой резервуар, сферический резервуар, шаровая оболочка, нормативно-техническая документация, проектирование, монтаж резервуара, требования к металлоконструкциям.

Интенсивное развитие химических отраслей промышленности, нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих комплексов и других производств(рис. 1, 2) привело к существенному увеличению использования резервуаров, в которых под давлением хранятся легковоспламеняющиеся жидкости (изопентан, амилен, изоамилен), сжиженные углеводородные газы (бутан, бутилен, пропан и смеси этих продуктов), жидкий аммиак, а также осуществляется элек-трообессоливание нефти [1]. Шаровые резервуары являются наиболее экономически выгодными емкостями для хранения сжиженных углеводородных газов (СУГ), сжиженного природного газа (СПГ), азота, воздуха, кислорода,

инертных и других газов под давлением. Шаровая форма резервуара наилучшим образом соответствует восприятию внутреннего избыточного давления.

Шаровые резервуары имеют ряд преимуществ перед цилиндрическими резервуарами. Во-первых, для установки требуется меньшая площадь монтажа. Во-вторых, площадь поверхности шарового резервуара меньше площади поверхности цилиндрического резервуара, в связи с этим расход металла на производстве снижается на 20%, а это, в свою очередь, ведет к уменьшению себестоимости и снижению расходов на доставку.

| Рис. 1. Валовое производство СУГ, млн т | Рис. 2. Производство СПГ, млн т

На сегодняшний день, согласно [2-7], хранение СУГ и различных нефтепродуктов осуществляется в шаровых резервуарах объемом 600, 1400, 2000 и 4000 м3.

Согласно нормативным документам, максимальный объем шарового резервуара составляет 4000 м3, но на сегодняшний день на заводе АО «Уралхиммаш» идет строительство резервуарного парка из шести шаровых резервуаров объемом 5000 м3, которые будут использоваться для хранения пропана на терминале по перевалке сжиженных углеводородных газов в порту Тамань (ЗАО «Таманьнефтегаз»). Сегодня технические возможности позволяют заводу АО «Уралхиммаш» выпускать шаровые резервуары объемом до 6600 (8000) м3 Помимо этого, на сегодняшний день появились новые типоразмеры шаровых резервуаров, например 1000 м3, 2400 м3, 3000 м3

С 1965 года заводом АО «Уралхиммаш» выпущено более 2000 шаровых резервуаров и газгольдеров для предприятий России, ближнего и дальнего зарубежья. Только в период с 2005 по 2016 год. на заводе АО «Уралхиммаш» изготовлено 279 шаровых резервуаров различной единичной емкости.

Заводом металлоконструкций ПАО «АК ВНЗМ» с 2007 по 2017 год изготовлено 178 шаровых резервуаров, в том числе за последние пять лет выпущено более 50 резервуаров.

В связи с ограниченностью размеров промышленных площадок и повышением производственных мощностей предприятий наблюдается тенденция увеличения единичной емкости шаровых резервуаров, что позволяет:

- уменьшить площадь резервуарных парков;

- снизить затраты на контрольно-измерительные приборы;

- снизить затраты на монтаж и обслуживание трубопроводов (заметно сокращается протяженность технологических, водопроводных, канализационных и др.трубопроводов);

- снизить потери продукта от испарения.

Сопоставление данных нормативных документов [2-7], статистики сооружения шаровых резервуаров и производственных мощностей заводов-изготовителей вызывает необходимость создания единого нормативного документа по проектированию, изготовлению, монтажу и испытанию шаровых резервуаров.

В настоящее время в Российской Федерации при проектировании, изготовлении и строительстве шаровых резервуаров действуют следующие нормативно-технические документы (табл. 1).

На основании нормативной документации у заводов-изготовителей имеются свои внутренние технические условия, которые подстраиваются под конкретные нужды объектов нефтегазового комплекса, например ТУ 3615-018-002173202006 «Резервуары шаровые» ОАО «Уралхиммаш» [8], ТУ 3615-132-00220302-2008 «Резервуары шаровые для сжиженных углеводородных газов» ОАО «ВНИИНефтемаш» [9].

Согласно документам [2-4] шаровые резервуары представляют собой шаровую оболочку, опирающуюся на вертикальные трубчатые стойки, и имеющую шахтную или кольцевую наружную лестницу для подъема, наружные площадки обслуживания, внутреннюю смотровую стационарную подвижную лестницу (только в резервуарах объемом 600 и 2000 м3).

Лестницы у шаровых резервуаров выполняются отдельно стоящими (не по образующей резервуара) с уклоном 45°.

При поставке резервуаров комплектом по два шаровых корпуса для двух резервуаров устанавливается одна лестница.

Для защиты от нагрева солнечными лучами резервуары должны быть окрашены в белый цвет. В районах, где по климатическим условиям имеется возможность нагрева содержимого резервуара выше 45°С, следует предусматривать

РД 39-138-95 «Нормы технологического проектирования резервуарных парков СУГ» государственного предприятия «Роснефть» [2]

Проектирование новых, расширение, реконструкция или техническое переоснащение существующих парков СУГ

РД 03-380-00 «Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением» [3] Проведение комплексного технического обследования шаровых резервуаров

ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» [4] Проектирование, устройство, изготовление, реконструкция, наладка, монтаж, ремонт, техническое диагностирование и эксплуатация сосудов, работающих под избыточным давлением

СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП N-23-81*» [5] Проектирование стальных строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения, работающих при температуре не выше 100°С и не ниже минус 60°С

СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий» [6]

Проектирование стальных газгольдеров, предназначенных для хранения, смешения, усреднения концентраций и выравнивания давления и распределения газов

Руководство по безопасности для складов сжиженных Размещение шаровых резервуаров и материалы,

углеводородных газов и легковоспламеняющихся жидкостей предназначенные для изготовления шаровых

под давлением [7] резервуаров

I Таблица 1

Нормативные документы по проектированию, изготовлению и монтажу шаровых резервуаров

Нормативный документ Область применения

Объем шарового резервуара, м3 Расчетное давление, МПа

600 0,245; 0,6; 0,88; 1,76

2000 0,245; 0,59

600 0,6; 1,0; 1,2

2000 0,25; 0,6

600 0,25; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,8

2000 0,25; 0,6; 0,7; 1,2;

600 до 1,8

2000

4000 до 0,25

600 0,07...1,6

1400 0,07...1,2

2000 0,07.1,0

I Таблица 2

Характеристики в зависимости от объема и расчетного давления

Документ

Руководство по безопасности для складов сжиженных углеводородных газов и легковоспламеняющихся жидкостей под давлением

РД 39-138-95 «Нормы технологического проектирования резервуарных парков СУГ»

РД 03-380-00 «Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением»

СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий»

ТУ 3615-018-00217320-2006 «Резервуары шаровые» ОАО «Уралхиммаш»

теплоизоляцию, орошение водой или устройство теневых кожухов [2].

Устройства, препятствующие наружному и внутреннему осмотру сосудов (мешалки, змеевики, рубашки, тарелки, перегородки и другие приспособления), должны быть, как правило, съемными.

Сосуды с внутренним диаметром более 800 мм должны иметь люки, а с внутренним диаметром 800 мм и менее - лючки.

Крышки люков должны быть съемными. На сосудах, изолированных на основе вакуума, допускаются приварные крышки.

Сосуды должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт сосудов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств.

Крышки массой более 20 кг должны быть снабжены подъемно-поворотными или другими устройствами для их открывания и закрывания.

Сферические неотбортованные днища могут применяться с приварными фланцами, при этом:

- внутренний радиус сферы днища должен быть не более внутреннего диаметра сосуда;

- сварное соединение фланца с днищем выполняется со сплошным проваром.

Отверстия для люков, лючков и штуцеров должны располагаться, как правило, вне сварных швов.

Допускается расположение отверстий:

- на продольных швах цилиндрических и конических обечаек сосудов, если номинальный диаметр отверстий не более 150 мм;

- на кольцевых швах цилиндрических и конических обечаек сосудов без ограничения диаметра отверстий;

- на швах выпуклых днищ без ограничения диаметра отверстий при условии 100% проверки сварных швов днищ методом радиографии или ультразвуковой дефектоскопии [4].

Шаровые резервуары для продуктов, в которых возможно присутствие воды, оборудуют закрытой системой дренажа воды с установкой в днище сосуда донного незамерзающего клапана и внешними нагревательными устройствами в нижней части резервуара для обеспечения отвода воды при минусовых температурах воздуха. В качестве теплоносителя используют пар, паровой конденсат, горячую воду или негорючие, некоррозионные антифризы.

Шаровые резервуары для хранения продуктов, способных полимеризоваться (бутадиен, изопрен и др.), оборудуют внутренней лестницей утяжеленного типа с площадками, позволяющими производить чистку стенок и днища [7].

Конструкция шаровых резервуаров должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования, очистки, промывки, полного опорожнения, продувки, ремонта, эксплуатационного контроля металла и соединений.

Требования к материалам представлены в документах [2, 4, 7], где говорится, что материалы должны быть несгораемыми, обеспечивать надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации (расчетное давление, минимальная отрицательная и максимальная расчетная температура), состава и характера среды (коррозионная активность, взрывоопасность, токсичность и др.) и влияния температуры окружающего воздуха. Помимо этого при выборе материалов для сосудов, предназначенных для установки на открытой площадке или в неотапливаемых помещениях, должна учитываться абсолютная минимальная температура наружного воздуха для данного района.

Материалы, предназначенные для изготовления шаровых резервуаров для хранения СУГ, выбирают, исходя из температурных условий эксплуатации в зимнее время, при этом за расчетную температуру принимают:

- абсолютную минимальную зимнюю температуру воздуха, когда температура среды, содержащейся в резервуаре,

5-6

• 2018

25

находящемся под давлением, или поступающей в него, может понизиться до указанного значения;

- минимально возможную температуру среды, содержащейся в резервуаре, находящемся под давлением, или поступающей в него, когда температура указанной среды может понизиться менее значения абсолютной минимальной зимней температуры воздуха.

Проектировать шаровые резервуары следует двух типов: низкого давления - до 4 кПа (400 мм вод.ст.) и высокого давления - от 70 кПа (0,7 кгс/см2). При проектировании следует предусматривать возможность поточного метода изготовления и монтажа конструкций и доступность их для наблюдения, очистки, ремонта, антикоррозионной защиты, окраски, а также проветривания и дегазации газгольдеров в период ремонта. При проектировании оболочек шаровых газгольдеров надлежит:

- применять форму лепестков, обеспечивающую наименьший отход листовой стали;

- применять оболочку из стали одной марки;

- число лепестков оболочки принимать четным;

- число стоек принимать четным;

- предусматривать сварные соединения встык лепестков с обработанными кромками [6].

В документе [5] представлен расчет на прочность и устойчивость листовых конструкций, находящихся в без-моментном напряженном состоянии.

Методы изготовление шаровых оболочек представлены в [3]:

- методом холодной вальцовки - для резервуаров объемом 600 и 2000 м3 с толщиной оболочки 16-30 мм;

- методом горячей штамповки - для резервуаров объемом от 25 до 2000 м3 и более с толщиной оболочки до 120 мм;

- методом рулонирования из плоских лепестков - для резервуаров объемом от 25 до 600 м3 с толщиной оболочки 4-6 мм.

Шаровые резервуары, толщина оболочки которых более 30 мм, независимо от метода их изготовления должны пройти объемную термообработку в проектном положении.

В [6] содержатся рекомендации по монтажу шаровых резервуаров (о возможности поточного метода монтажа конструкций).

Рекомендации по размещению шаровых резервуарах содержатся в [2, 7]. Резервуары в парках для СУГ и ЛВЖ следует располагать по одному или группами. Установка в одной группе резервуаров разной конструкции (горизонтальные, шаровые, вертикальные) не допускается. Шаровые резервуары вместимостью до 2000 м3 включительно размещают в одну или две линии.

Расстояние между шаровыми резервуарами в группе должно быть равно диаметру наибольшего из рядом стоящих резервуаров. Расстояние принимается между внешними образующими резервуаров.

Для каждого сосуда должен быть установлен и указан в паспорте расчетный срок службы с учетом условий эксплуатации [5].

Проведенный анализ нормативно-технической документации позволил сделать следующие выводы:

- отсутствуют четкие требования по объемам, давлению и хранимому продукту в шаровых резервуарах; в том числе необходимо создать рекомендованный ряд размеров шаровых резервуаров;

- отсутствует единая методика расчета конструкций шаровых резервуаров, в том числе шаровой оболочки на прочность и устойчивость, а также опорных стоек и других вспомогательных элементов;

- необходимо определить единые требования к конструкции и материалам шаровых резервуаров;

- отсутствуют единые требования к монтажу и монтажным приспособлениям при сооружении шаровых резервуаров;

- необходимо установить нормируемые виды и значения предельных отклонений при сооружении шаровых резервуаров, так как шаровые резервуары монтируются на строительной площадке, а не в заводских условиях, что может привести к большим отклонениям;

- отсутствуют единые требования по испытанию шаровых резервуаров, в том числе по расчету опасных зон при проведении испытаний.

В связи с этим необходимо разработать единый документ, где будут рассмотрены вопросы проектирования, изготовления, монтажа и испытания шаровых резервуаров, также с учетом увеличения единичной емкости и определения основных рекомендуемых размеров шаровых резервуаров.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Производство и поставки сжиженных углеводородных газов. URL: https://minenergo.gov.ru/node/4852 (дата обращения 19.10.2018).

2. РД 39-138-95. Нормы технологического проектирования резервуарных парков СУГ М.: Роснефть, 1995. 149 с.

3. РД 03-380-00. Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением. М.: Промышленная безопасность, 2009. 79 с.

4. ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. М.: НТЦ по безопасности в промышленности, 2008. 188 с.

5. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М.: Минстрой России, 2017. 148 с.

6. СП 43.13330.2012. Сооружения промышленных предприятий. Актуализированная редакция СНиП 2.09.0385. М.: Минрегион России, 2011. 100 с.

7. Руководство по безопасности для складов сжиженных углеводородных газов и легковоспламеняющихся жидкостей под давлением. Сер. 09. Вып. 34. М.: Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности, 2012. 56 с.

8. ТУ 3615-018-00217320-2006. Резервуары шаровые. Уралхиммаш, 2006 25 с.

9. ТУ 3615-132-00220302-2008. Резервуары шаровые для сжиженных углеводородных газов / ОАО «ВНИИНефтемаш», 2008. 17 с.

THE NEED TO UPDATE THE NORMATIVE AND TECHNICAL BASE FOR SPHERICAL TANKS

MARYUSHKO YU.S., Graduate Student of the Department of Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities

DUSALIMOV M.E., Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof. of the Department of Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities

GLAZKOV A.S., Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof. of the Department of Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities

NASIBULLIN T.R., Senior Lecturer of the Department of Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities

Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia). E-mail: marsst@list.ru, E-mail: mjs-13@rambler.ru

ABSTRACT

The work analyzes spherical tanks specifications and technical documentation. During the research process the absence of uniform requirements for volumes and pressure in spherical tanks, a uniform calculation procedure on durability and stability of a spherical tanks, basic racks, uniform requirements to designs and materials, design, installation and tests of spherical tanks were revealed. Currently, the technical capabilities of the manufacturers allow to create new sizes of spherical tanks, which were not provided by old the normative-technical documentation. In this regard, there is a necessity of development of the new uniform document, where questions of design, production, installation and test of spherical tanks, also taking into account increase in single capacity and determination of the main recommended sizes of spherical tanks would be considered.

Keywords: spherical tank, spherical shell, standard technical documentation, tank design, tank installation, requirements to a metalwork.

REFERENCES

1. Proizvodstvo ipostavkiszhizhennykh uglevodorodnykh gazov (Production and supply of liquefied hydrocarbon gases). Available at: https://minenergo.gov.ru/node/4852 (accessed 19 October 2018).

2. RD 39-138-95. Normy tekhnologicheskogo proyektirovaniya rezervuarnykh parkov SUG [Ruling Document 39-138-95. Standards of technological design of LPG tank farms]. Moscow, Rosneft Publ., 1995. 149 p.

3. RD 03-380-00. Instruktsiya po obsledovaniyu sharovykh rezervuarovigazgol'derovdlya khraneniya szhizhennykh gazov poddavleniyem [Ruling Document 03-380-00. Instructions for inspection of spherical tanks and gas holders for storage of liquefied gases under pressure]. Moscow, NTTS «Promyshlennaya bezopasnost'» Publ., 2009. 79 p.

4. PB 03-576-03. Pravila ustroystva i bezopasnoy ekspluatatsii sosudov, rabotayushchikh pod davleniyem [PB 03-57603. Requirements for the design and safe operation of pressure vessels]. Moscow, NtTs po bezopasnosti v prom-ti Publ., 2008. 188 p.

5. SP 16.13330.2011. Stal'nyye konstruktsii. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP II-23-81* [SP 16.13330.2011. Steel construction. Updated edition of SN&P II-23-81 *]. Moscow, Minstroy Rossii Publ., 2017. 148 p.

6. SP 43.13330.2012. Sooruzheniya promyshlennykh predpriyatiy. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.09.03-85 [SP 43.13330.2012. The construction of industrial enterprises. Updated version of SN&P 2.09.03-85]. Moscow, Minregion Rossii Publ., 2011. 100 p.

7. Rukovodstvo po bezopasnosti dlya skladov szhizhennykh uglevodorodnykh gazov i legkovosplamenyayushchikhsya zhidkostey pod davleniyem. Seriya 09. Vypusk 34 [Safety Guide for liquefied petroleum gas warehouses and flammable liquids under pressure. Series 09. Issue 34]. Moscow, Nauchno-tekhnicheskiy tsentr issledovaniy problem promyshlennoy bezopasnosti Publ., 2012. 56 p.

8. TU3615-018-00217320-2006. Rezervuary sharovyye [TU 3615-018-00217320-2006. Sphericla tanks]. Uralkhimmash Publ., 2006 g. 25 p.

9. TU 3615-132-00220302-2008. Rezervuary sharovyye dlya szhizhennykh uglevodorodnykh gazov [TU 3615-13200220302-2008. Spherical tanks for liquefied petroleum gases]. VNIINeftemash Publ., 2008. 17 p.

5-6 • 201

27